Япаскурт О.В. Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо - и рудообразования
Подождите немного. Документ загружается.
и текстуры) и компонентного состава — см. в учебниках (Логви!
ненко, 1984; Фролов, 1992, 1995; Япаскурт и др. 2004). Все эти
особенности досконально изучены литологами, однако, до сих
пор остается в некоторой мере неопределенным вопрос о кон!
кретных параметрах различия между понятиями «осадок» и
«осадочная горная порода», а также о параметрах начальной
границы метаморфизма этих образований.
На первый взгляд критерии границ между упомянутыми
природными образованиями очевидны свой ясностью и просто!
той. Так, например, среди геологов укоренилось представление
о том, что осадок — это образование рыхлое, еще не связанное
цементацией, а порода — нечто твердое, литифицированное.
Известный литолог США Ф. Дж. Петтиджон (F.J. Pettijon) в своем
неоднократно переиздававшемся (переведенном и изданном у
нас в 1981 г.) труде «Осадочные породы» пишет, что литифика
ция это тот комплекс процессов, который превращает свежеот!
ложенный осадок в твердую породу. Процессы породообразо!
вания Ф.Дж. Петтиджон (1981) объединил в 6 нижеследующих
групп: 1 — цементация и расцементирование, 2 — образование
новых минералов (аутигенез) (см. ниже), 3 — диагенетическая
дифференциация химических соединений с сегрегацией более
редких в конкрециях, 4 — метасоматические замещения отдель!
ных минералов за счет материала, притекающего со стороны,
5 — процессы растворения и выноса вещества (например, при
стилолитизации), 6 — сдавливание, сокращение порового про!
странства и выдавливание растворов, содержавшихся в порах.
Так же трактовали границу осадок — порода в середине ХХ
века известные английские исследователи условий осадкооб!
разования и стратиграфии В.К. Крумбейн и Л.Л. Слосс
(W.C. Krumbein and L.L. Sloss), которые осадочной породой на!
зывали уплотненный или окаменевший (литифицированный)
осадок. Однако, согласно представлениям многих других лито!
логов, в данной трактовке присутствует неточность: литифици!
рованный осадок — это всегда порода, однако не всякая горная
порода бывает окаменелой. В данном случае существенную
коррективу в терминологию внес Н.В. Логвиненко, написавший
в Геологическом словаре 1973 г. о том, что рыхлые образования
(например, пески, алевриты, глины и др.), находимые в составе
древних толщ, должны рассматриваться не как осадки. Это уже
разновидности горных пород, вступивших в самую начальную
подстадию катагенеза (см. ниже).
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 2211
Еще раньше М.С. Швецов в своем докладе, подготовлен!
ном к Международному конгрессу седиментологов 1960 г., об!
стоятельно проанализировал разные точки зрения зарубежных
и отечественных геологов о процессах осадочного породообра!
зования, и пришел к такому заключению: представление о том,
что порода отлична от осадка твердостью, явно не точны. Изве!
стно, что существуют не только мягкие и сравнительно слабо
сцементированные породы, как, например, лесс, но и совер!
шенно рыхлые, рассыпающиеся пески. Глина, размоченная лив!
нем, иногда становиться полужидкой. И наряду с этим некото!
рые осадки сразу же после выпадения оказываются довольно
твердыми, например, некоторые известковые туфы, натеки, со!
ли и др. Из этого следует такое заключение: «Все сказанное по!
казывает, что границы между осадком и породой провести не
возможно [здесь и далее курсив наш — автор] …. Куски свежего
известкового натека, соли из высохшего водоема, глинистый ил
только что высохшей поймы являются и осадками и породами.
Полужидкий морской сапропель — несомненный осадок — в
шкафу без диагенеза становиться твердым и неразмокающим
камнем, т.е. несомненно породой. Попытки установить точную
формальную границу между породой и осадком безнадежны, да
и схоластичны, тем более, что диагенетические процессы могут
прерываться на разных стадиях. Один и тот же осадок может
превратиться в разные породы» (Швецов, 1960, с. 159).
Автор целиком разделяет такую точку зрения. Геологичес!
кие рубежи в большинстве своем представляют собой не резко
выраженную по всем своим параметрам границу!плоскость, а
некую узкую переходную зону, которая только при мелкомас!
штабных сводных обобщениях условно видится отчетливой пло!
скостью. Вышесказанное относится и к границам стратисферы.
Стратисфера — совокупность осадочных пород, возник
ших за всю историю Земли, сохранившихся от денудации и не
перешедших в состояние метаморфических образований. Это,
как писал Л.В. Пустовалов в 1940 г., создание прежних зон осад!
кообразования, т.е. космических и планетарных сил, которые
господствовали в течение долгого геологического времени, с
тех пор как на Земле появилась твердая кора. И это же самораз!
вивающаяся и очень сложная флюиднопородная система. В ней
во внутренних трещинно!поровых пустотах находятся водно!га!
зовые флюиды различного генезиса: унаследованные от преж!
них зон осадкообразования, выделившиеся из кристаллических
2222 ОО.. ВВ.. ЯЯ ппаасскк уурртт
решеток минералов и из органических компонент осадочных по!
род и разные ювенильные. При их активном участии, под влия!
ниями глубинных Р!Т и др. факторов осадочные породы претер!
певают многоэтапные вещественно!структурные преобразова!
ния. Вместе с ними в стратисфере рождаются артезианские во!
ды, нефть, горючий газ, каменные угли и стратиформные руды
многих металлов.
Стратисфера представлена совокупностью множества бас!
сейнов породообразования (разнотипных впадин, выполненных
осадочными толщами — см. в 3.4) и складчатых систем (вторич!
но дислоцированных породных бассейнов). Будучи порождени!
ем древних зон осадконакопления, она хранит в себе важней!
шую о них информацию, которая воплощена в особенностях ми!
нерального состава, структуры, текстуры пород и в закономер!
ностях их сочетания внутри стратисферы. Однако эта информа!
ция, как правило, оказывается в той или иной мере утраченной
или же существенно искаженной разнообразными постседи!
ментационными процессами. Их мы рассмотрим в следующем
разделе.
3.3. Процессы осадочного минералообразова
ния и минеральных изменений, их диагно
стические признаки
Расшифровка процессов осадко— и породообразования
(в том числе, осадочного рудообразования) и различных внут!
ристратисферных изменений пород и руд — приоритетная за!
дача современной литологии и геоминералогии. Эти процессы
чрезвычайно многообразны, разномасштабны и многофактор!
ны. Их систематизации и ранжированию посвящались: переве!
денная на русский язык книга польских литологов Р. Градзинь!
ского, А. Костецкой, А. Радомского и Р. Унруга о седиментацион!
ных процессах (Седиментология, 1980) и недавние публикации
автора (Япаскурт, 1999; 2005), где главное внимание сосредото!
чивалось на постседиментационных процессах. Ниже изложены
краткие выдержки из этих и др. работ. Начнем с терминологии.
Процесс (от латинского слова processus) — движение впе!
ред — это последовательное изменение чего!либо (Малая Со!
ветская энциклопедия, 1960, т. 7, с. 678). Применительно к на!
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 2233
шему предмету словосочетание «чего!либо» символизирует ми!
неральный компонент осадка или осадочной породы, то есть
механизм и этапность его возникновения, изменения или разру!
шения. Он (механизм этот) оставляет о себе память морфологи!
ческими признаками, которые описаны и проиллюстрированы в
руководствах по стадиальному анализу (Махнач, 2000; Япаскурт,
1999) и в отдельных монографиях (Логвиненко, 1968; Лукьянова,
1995; Седиментология, 1980; Эпигенез …, 1971 и др.). Рассмот!
рим их кратко.
Процессы механогенного образования формы обло!
мочных минеральных частиц на стадии седиментогенеза, выра!
зившиеся в разной степени сферичности и окатанности отдель!
ных кристаллов и их агрегатов (рис. 3.1.) — описаны подробно в
каждом учебнике по литологии, а потому здесь не рассматрива!
ются. Напомню только, что самая совершенная (сферичная)
форма сечения обломочных частиц достигается в результате
многократных перемывов и переотложений одного и того же ма!
2244 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
Рис. 3.1. Формы обломочных минеральных зерен (по В.Г. Кузнецову):
1–6 — первичные, седиментогенные, в том числе, 1 — изометричные,
2 — удлиненные, 3 — резко удлиненные, 4 — окатанные, 5 — полуокатан!
ные, 6 — неокатанные (угловатые); вторичные, постседиментационные
— 7 — коррозионные, 8 — регенерационные.
териала; а дальность его транспортировки из зоны гипергенеза
в конечный бассейн осадконакопления решающего влияния на
форму песчаных и алевритовых минеральных зерен не оказыва!
ет. Дальность переноса сказывается лишь на форме обломков
наиболее крупных псефитовых фракций.
Механогенные процессы тесно сочетаются с хемогенными
прежде всего, коррозионными — см. вторичные формы обло!
мочных зерен на рис. 3.1.
Растворение (коррозия) минеральных компонентов,
именуемое в англоязычной литературе «внутрислойным раство!
рением минералов» (по Ф.Дж. Петтиджону), осуществляется,
начиная с самых ранних этапов выветривания, и на всех даль!
нейших стадиях; активизируется при диагенетическом превра!
щении осадка в породу, затем скачкообразно усиливается при
переходе от раннего к позднему катагенезу и ослабевает (ста!
билизируется) к началу метаморфизма. Впоследствии коррози!
онные процессы вновь могут активизироваться при наложенных
регрессивно!эпигенетических (низкотемпературных) измене!
ниях пород внутри стратисферы — на стадиях инверсионно!
орогенных перестроек тектонической структуры.
Коррозии в наибольшей степени бывают подвержены ми!
нералы из групп ортосиликатов и цепочечных силикатов (оливи!
ны, гранаты, пироксены и амфиболы), а также некоторые из кар!
касных силикатов (прежде всего, кальциевые или существенно
кальциевые плагиоклазы). Возрастание химической устойчиво!
сти отдельных минеральных видов к их химическому корродиро!
ванию будет показано ниже, на рис. 7.1. стрелками, которые на!
правлены сверху вниз — к наиболее химически инертным ви!
дам: калиевый полевой шпат — мусковит — кварц. Любопытно,
что данная схема полностью адекватна хорошо известному пет!
рологам бинарному реакционному ряду кристаллизуемых рас!
плавов, по Н.Л. Боуэну и Т. Барту. В этом ряду самыми нестойки!
ми компонентами оказались минералы габбро и диоритов, а на!
иболее стойкими — из гранитов. Схема учла только породооб!
разующие магматические минералы. Если же добавить к ним
акцессории, то рядом с кварцем, согласно максимальной устой!
чивости, можно было бы поместить циркон, рутил, турмалин и
апатит. Однако и эти относительно стойкие к химическим воз!
действиям минералы тоже корродируются при наличии долж!
ных для этого значений рН в окружающей среде. Так, например,
в кислых средах (а их создают повышенные концентрации ОВ)
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 2255
растворению, нередко полному, подвержены калишпаты, карбо!
наты и фосфаты, включая мелкие скелетные остатки. В щелоч!
ных же условиях, наоборот, коррозию и растворение испытыва!
ют минералы группы кремнезема.
Корродирование обломочных зерен легко опознается в пе!
трографических шлифах по характерным зубчато!клиновидным
углублениям (которые называются петрографами «коррозион!
ные заливы»), нарушающим плавные очертания среза мине!
рального зерна (см. рис. 3.1., 7) или скелетного остатка ископа!
емой фауны.
В стратисфере коррозионные процессы генетически взаи!
мосвязаны с гравитационным уплотнением, диффузией и аути!
генезом.
Гравитационное уплотнение — типично механогенный
процесс, приводящий к компактной упаковке породных компо!
нент вплоть до возникновения пластических или хрупких дефор!
маций у некоторых из них. Этот процесс особенно подробно
охарактеризован при описаниях последствий «фактора давле!
ния» в книгах Н.В. Логвиненко и Л.В. Орловой (1987, с. 87–101)
и Б.А. Лебедева (1992). Там же показаны графики и формульные
расчеты, связывающие разные степени уплотнения глинистых и
обломочных пород с изменениями их пористости, проницаемо!
сти и других физико!механических параметров.
Следы механического уплотнения бывают наиболее до!
ступны прямому оптическому наблюдению в шлифах из песча!
ников полимиктового состава, которые насыщены обломками
пород, изначально пластичных (в основном глинистых) и слюд. В
такие обломки вдавливаются, как дробины в пластилин, более
твердые соседние минеральные частицы кварца и др. силика!
тов. Тогда в срезе шлифа видится выпукло!вогнутые контакты
между ними, именуемые конформными границами.
Конформность может быть обусловлена также иными при!
чинами — химическим растворением взаимосдавленных мине!
ралов. А это уже разновидность иных, упомянутых выше корро!
зионных процессов, которые активизированы механическими
нагрузками — так называемые «гравитационная коррозия» и
«стресс!коррозия».
Гравитационная коррозия и стресс"коррозия седимен!
тационных минералов наиболее отчетливые следы оставляют в
породах обломочных — песчаниках и гравелитах. В них возника!
ют своеобразные микроструктуры на границах между прижаты!
2266 ОО.. ВВ.. ЯЯ ппаа сскк уурр тт
ми друг к другу зернами кварца или полевых шпатов, или др.
каркасных и островных силикатов: конформные (дугообразные
сочленения), сутурные (пильчатые границы) или инкорпораци
онные (клиновидные внедрения зерна в зерно) (рис. 3.2). Тер!
мины ввел А.В. Копелиович в 1965 г., объяснив способы их фор!
мирования, которые внутри стратисферы побуждаются: давле!
ниями литостатическими Рs (нагрузка вышележащих толщ) либо
стрессовыми Рst, при непременном участии межзерновых вод!
ных флюидов и при повышенных Т — от 50 до 200
О
С и выше.
Механизм процесса таков. Кварц и твердые силикаты, бу!
дучи сдавленными и, соприкоснувшись друг с другом, образуют
каркас, воспринимающий основные нагрузки Рs и (или) Pst. Из!
за очень малых — практически точечных площадей первона!
чального соприкосновения обломочных минеральных зерен
векторы Р внутри их каркаса распределяются очень неравно!
мерно. В местах точечных контактов локализуются максимально
высокие значения Р, которые способны активизировать процесс
химического растворения любого минерала. Немаловажное
значение здесь приобретает также глубинное повышение ΔТ,
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 2277
Рис. 3.2. Вторичные структуры гравитационной коррозии:
конформные (К) и инкорпорационные (И) на контактах обломочных зерен
кварца с кварцем и кварца с плагиоклазом в песчанике К
1
внутреннего кры!
ла Приверхоянского краевого прогиба в низовьях р. Лена. Шлиф, николи +.
влияющее на изменения рН межзерновых растворов и ускоряю!
щее химические реакции. Кроме того, в данной системе возни!
кает градиент различий между Рs (или Рst) на зерна, с одной
стороны, и флюидном давлении — Pf там же. От этих различий в
давлениях, которыми подвержены твердая и жидкая фазы в раз!
ных точечных участках породы, возникают неодинаковые кон!
центрации растворенных элементов. Диффузия, приводящая к
выравниванию этих концентраций, вновь и вновь создает нерав!
новесное состояние раствора и погруженных в него зерен: в
точках повышенных напряжений раствор станет недосыщен!
ным, вследствие чего зерна будут продолжать растворяться. А
на соседних (перпендикулярно ориентированных к вектору Рs
или Рst) участках, где напряжения менее значительны, раствор
окажется перенасыщенным, и там будут активизироваться про!
цессы аутигенного минералообразования (рис. 3.3.).
Аутигенное минералообразование (аутигенез) всегда
было в центре внимания литологов. Парагенезы аутигенных ми!
нералов брались ими за основу диагностик стадийности катаге!
неза и метагенеза (Коссовская, Шутов, 1976; Эпигенез …, 1971;
2288 ОО ..ВВ.. ЯЯппаа сскк уурр тт
Рис. 3.3. Сочетание структур гравитационной коррозии — кон"
формных (1) с аутигенными каемками регенерированного кварца
(2 и 4) и сутурных (3) в шокшинских кварцито"песчаниках проте"
розоя Карелии (по И.М. Симановичу, 1975).
Шлифы, николи +; размеры обломочных зерен порядка 0,2 ± 0,05 мм.
Япаскурт, 1999). Сущность рассматриваемого процесса лако!
нично сформулировал американский литолог Р. Фейрбридж в
1985 г. Он писал: «Аутигенезом называется процесс, при кото!
ром происходит образование минералов in situ. Термин введен
Калковски (Kalkowsky E.) в 1880 г. и употребляется при образо!
вании любых минералов…, но не в процессе трансформации
или перекристаллизации; термин обычно применяется по отно!
шению к осадочным породам, находящимся в низкотемператур!
ных условиях».
Аутигенез может осуществляться несколькими способами:
химической садкой минералов из ионных растворов поровых
вод, коагуляцией коллоидных растворов и синтезом новых ми!
нералов из смеси разнородных коллоидных фаз. Продуктами
аутигенеза являются: включения в осадке или породе кристал!
лов или аморфных агрегатов новообразованных минералов, а
также в формах пластового цемента и конкреционных стяжений
(большинство последних принадлежит стадиям диагенеза и ка!
тагенеза, но известны и седиментогенные конкреции).
Задержимся только на некоторых характерных признаках
аутигенности и конкретных примерах их наблюдения с помощью
оптической и электронной микроскопии.
Если это кристаллически!зернистые или аморфные агрега!
ты, то они приспосабливаются к промежуточным плоскостям
между компонентами седиментогенной природы (обломочны!
ми, биоморфными, биоморфно!детритовыми, вулканокласти!
ческими и др.). Кристаллически!зернистый аутигенный агрегат
обладает идиоморфной, гипидиоморфной и реже ксеноморф!
ной микроструктурой, с характерным «шахматным», т.е. попере!
менным угасанием и просветлением разноориентированных
кристаллов по мере вращения столика поляризационного мик!
роскопа (при скрещении николей). Такая картина свойственна
многим видам базального и порового цемента в обломочных
породах (рис. 3.4.). В случае пленочных окаймлений обломков
аутигенные кристаллики группируются более или менее упоря!
доченно (например, радиально — в крустификационных каемках
— рис. 3.5.).
Хорошо известная форма проявления аутигенеза — реге
нерация седиментационных минералов. Ею называется про!
цесс восстановления обломками кристалла своей нормальной
(плоскогранной и прямореберной) формы в период его нахож!
дения в среде перенасыщенных растворов соответствующего
ГГеенн ее тт ии ччеесс кк аа яя мм иинн ее рраалл оо ггиияя 2299
состава. В осадочных толщах таким процессом бывают обычно
затронуты в песчаниках и гравелитах минеральные зерна квар!
ца (см. рис. 3.3.), полевых шпатов, карбонатов, эпидота, грана!
та и др. или фрагменты некоторых скелетных остатков в детри!
товых известняках (в основном членики криноидей и иглы мор!
ских ежей кальцитового состава). Главным условием регенера!
ции является подток извне необходимого вещества к поверхно!
сти зерна. Вот почему в нижних слоях стратисферы регенераци!
онные структуры песчаников бывают так тесно связаны с грави!
тационно!коррозионными структурами.
Здесь отметим общие морфологические признаки всех ре
генерационных структур. Обрастая каймой, минерал осадочной
породы почти никогда не достигает совершенной формы, пото!
му что ему мешают соседние тесно сгруппированные компонен!
ты. Из!за этого он имеет вид пленки или отдельных отростков и
может выглядеть наподобие обыкновенного цемента пленочно!
го или порового типа. Но от последних регенерационную кайму
отличает общность ее оптической ориентировки с ориентиров!
3300 ОО.. ВВ.. ЯЯ ппаасскк уурртт
Рис. 3.4. Сочетание обломочных песчаных зерен окатанной и по"
луокатанной формы кварца (Qz) и плагиоклаза (Pl) с кристалличе"
ски"зернистым агрегатом аутигенного кальцита (Са) в цементе
порового типа.
Зарисовка шлифа.